Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
1 BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC
KĨ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Hä vµ tªn :
Líp :
Sè thø tù : N = 29
(N- số thứ tự của sinh viên trong lớp)
Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
2 CÁC THÔNG SỐ ĐỀ BÀI :

A.ThiÕt kÕ hÖ thèng b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh trùc tiÕp cho tr¹m biÕn ¸p.
B.TÝnh to¸n nèi ®Êt an toµn vµ nèi ®Êt chèng sÐt cña tr¹m ®¶m b¶o tiªu chuÈn nèi
®Êt an toµn vµ yªu cÇu chèng sÐt khi cã dßng ®iÖn sÐt 150 kA, ®é dèc 50 kA/

Bảo vệ phía điện áp
Cấp 110 kV
Chống sét van
CSV không có khe hở
Sơ đồ bảo vệ
Sơ đồ b như hình 1.1
Khoảng cách
MBA-TG : l
2
= 15+29= 44 m
TG-CSV : l
1
= 20+29= 49 m
Độ dốc
a = 300+29=329 kV/μs
Điện dung MB
1500+29*10 = 1790 pF
Điện dung TG
8,33 pF/m

Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
3
CÁC HÌNH VẼ :

MBA
TG
CSV
l2 = 44 m
l
Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
5
PHẦN 1. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
1.1. Giới thiệu:
Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp và nhà máy điện là việc
phải làm và có ý nghĩa quan trọng để bảo vệ các công trình điện và tránh những
hậu quả nghiêm trọng do sét đánh gây ra từ đó đảm bảo an toàn tin cậy trong sản
xuất, phân phối và cung cấp điện năng.
Trước khi đi vào thiết kế hệ thống chống sét cho trạm biến áp nêu ta xác
định các yêu cầu thiết kế như sau:
Nhằm đảm giảm thấp nhất vốn đầu tư khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho
trạm biến áp ta cố gắng đặt các cột thu sét trên các kết cấu cao có sẵn của trạm
mà không ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kĩ thuật cần thiết. Ngoài các tiêu chuẩn kĩ
thuật cũng cần xem xét mặt mỹ thuật của công trình.
Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ cấp 110kV trở lên do mức cách điện
cao nên có thể đặt cột thu lôi ngay trên kết cấu của trạm phân phối. Phải đặt để
các cột thu lôi thấp nhất và cho dòng điện sét khuếch tán vào đất nhanh và phải
có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Khi bố trí cột thu lôi trên xà cần chú ý:
+ các kết cấu có cột thu lôi cần có nối đất bổ sung ngay trụ của các kết
cấu này nhằm đảm bảo điện trở nối đất không vượt quá 4Ω

1
xx
x
r h h
h
h



Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộng
lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột
phải thoả mãn a < 7h ( trong đó h là độ cao của cột thu lôi ).
Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa
hai cột là ho và được xác định theo công thức.
Đối với trường hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ
ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho :
7
o
a
hh

Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân
cột là r
xo
và được xác định như sau:
1,6
1
xo
x
o

- Trường hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi
bảo vệ được xác định như sau:
- Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h1 và h2
- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h2 , khi đó các
khoảng cách AB = a; BC = a'. Khi đó xác định được các khoảng cách x và a' như
sau:
12
2
1
12
2
1
1,6
.( )
1
a' 1,6
a-x a- .( )
7
1
x h h
h
h
hh
h
h


  



)hh.(
h
h
,
r
xoxo



1
2
1
61

Bi tp di k thut in cao ỏp _HT HT
Sinh viờn thc hin:
9
1.2.2. p dng vo tớnh toỏn
Với kích th-ớc của trạm ta bố trí 14 cột thu sét, vị trí của các cột trên hình
vẽ.
Máy biến áp
Đ-ờng đi
Đ-ờng đi
Nhà điều khiển và làm việc
6 m
6 m
150 m
140 m
C 1
C 2 C 3

x
h
8
D
h
với h
x
là chiều cao vật cần bảo vệ
Bi tp di k thut in cao ỏp _HT HT
Sinh viờn thc hin:
10

28,6577.2
h 11 18,16 m
8


Vậy ta chọn chiều cao của các cột thu sét là h
1
=20 (m) với số l-ợng cột
là 10 cột ( tính cho phía 110kV).
* Phớa h ỏp 35kV:
Bán kính của đ-ờng tròn đi qua 4 đỉnh của các hình chữ nhật: C16, C10,
C13, C12; 4 đỉnh C17, C11, C12, C18; 4 đỉnh C13, C14, C15, C16

22
28 27
R 19,0858 (m)
2



m

x
1x 1
1
h
r 1,5.h .(1 )
0,8.h
11
1,5.20.(1 )
0,8.20
9,375 m




- Ct bo v phớa 35kV:
Ta có
x1
22
h 8,5 .h .14 9,33
33

nên
Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
11

xBài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
12
PHẦN 2. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT AN TOÀN VÀ NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT
CHO TRẠM BIẾN ÁP
2.1. Giới thiệu:
Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất như sau:
Nối đất làm việc
Nối đất an toàn (hay còn gọi là nối đất bảo vệ )
Nối đất chống sét
Trong phần này ta xét 2 loại nối đất cuối cùng. Do 2 loại nối đất an toàn
và nối đất chống sét có các mục đích khác nhau dẫn đến yêu cầu kĩ thuật của
chúng phải khác nhau. Về nguyên tắc là phải tách rời 2 hẹ thống nối đất này vì
phảo đề phòng khi có dòng điện sét hay dòng ngắn mạch lớn thì hệ thống nối đất
không được gây quá áp lên hệ thống nối đất an toàn. Mặc dù vậy việc tách rời sẽ
gây lãng phí và không kinh tế do vậy 2 hệ thống này được gộp chung vào làm 1,
khi ấy hệ thống nối đất chung phải có yêu cầu kĩ thuật là điện trở nối đất bé.
Theo yêu cầu thì điện trở nối đất không nhỏ hơn 0,5 Ω
Các yêu cầu kĩ thuật cần đạt tới khi thiết kế hệ thống nối đất chung:
Trị số điện trở nối đất cho phép của nối đất an toàn được chọn sao cho các
trị số điện áp bước và điên áp tiếp xúc trong mọi trường hợp không được phép
vượt quá trị số cho phép. Theo quy phạm thì tiêu chuẩn nối đất ăn toàn như sau:
Đối với các thiết bị nối có điểm trung tính trực tiếp nối đất thì trị số điện
trở cho phép là R≤ 0,5Ω
Đối với các thiết bị có trung tính cách điện thì điện trở nối đất


Trong đó thường chọn các đơn vị theo biểu thức tính sau:
Công thức tính điện trở toàn móng:

t
1 1,25.1,4 4
R .( ln )
. . 2
mc
R
L
n n L d





Điện trở suất hỗn hợp của betông và đất

d
1,25. 1,25.(65 0,1*29) 84,875 .
t
m

    1 1,25.1,4.84,875 4.5
. ln 3,93604
4.0,9 2.3,14.5 1
t



Trong đó:
Điện trở suất tính toán của đất đã hiệu chỉnh theo hệ số mùa:

. 1,6.84,875 108,64
mua
tt d
m
k

   

t: độ chôn sâu của điện cực làm mạch vòng, t=0,8m
L: chu vi mạch vòng hình chữ nhật ta đặt các thanh sắt cách hàng rào
(tường) 1m mà trạm biến áp thiết kế có kích thước là 108m x 186 m vậy ta có:
L=2.(
ll
21

)=2.(150+140) = 580 m.
d :đường kính thanh tròn làm điện cực, d=0,02m
K: hệ số hình dạng, phụ thuộc tỷ số l
1
/ l
2
= 150/140 = 1,071429
Tra đồ thị sau ta có: K= 5,5
4
4.5

Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
15
Như vậy trị số điện trở nối đất của hệ thống chưa đạt yêu cầu. Do đó ta
cần thực hiện phương án bổ sung các cọc đóng dọc theo chu vi của mạch vòng.
Tính điện trở nối đất của cọc

)]
'.4
'.4
ln(.
2
1.2
.[ln
2 lt
lt
d
l
l
R
tt
c







Ở đây ta dùng cọc sắt góc L60x60 dài l=3m, chôn sâu 0,8m so với mặt đất

R

   


Tính toán điện trở nối đất tổng hợp mạch vòng_cọc:

R
n
R
RR
R
mv
c
c
mv
mvc
ht

.


mv

: hệ số sử dụng của mạch vòng

c

mv

Tra bảng ta có: .
27,00169.0,727942
0,384945 0,5
0,26.27,00169 110.0,55.0,727942
. . .
c mv
ht
c mv
mv c
n
RR
R
RR

     



Như vậy điện trở nối đất thỏa 1mãn với 110 cọc.
2.2.2. Hệ thống nối đất chống sét :
Trong phần tính toán nối đất ở trên ta chỉ tính toán điện trở nối đất của hệ
thống ở tần số công nghiệp và là điện trở ổn định. Thực tế hệ thống nối đất ở đây
là hệ thống nối đất dài không tập trung dọc theo chu vi trạm ta tiến hành tính
toán điện trở nối đất xung kích của hệ thống ngay sau đây
Trong tính toán nối đất chống sét ta sử dụng phần nối đất an toàn đã đợc tính

đổi, bỏ qua điện dung
Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
17
G
G
G G
I
0
0
0 0 Hệ phương trình truyền sóng cho mô hình trên:

t
i
L
x
U




.
0


(1)






  


Trong đó:



2
2
0
0
1

lG
L
T
;
k
T
k
lG
L
T
k
2
1
)]1(
1
.
2
1.[
.
1
),0(
1
2
1
0
e
T
k
ds
k
T
l
G
Z
k
ds
ds
xk




I
i
s
s
150

Suy ra:

s
a
I
s
ds


3
50
150


Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
18
Để đơn giản hoá, người ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất và giả
thiết bỏ qua nối đất tự nhiên, bỏ qua các thanh cân bằng áp.
Lúc này ta xem như mạch vòng chỉ có 2 tia có chiều dài l ghép song song với
nhau. Để đơn giản hoá, người ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất
và giả thiết bỏ qua nối đất tự nhiên, bỏ qua các thanh cân bằng áp.
Lúc này ta xem như mạch vòng chỉ có 2 tia có chiều dài l ghép song song với
nhau: l=

G
0
: điện dẫn của 1 đơn vị dài (1/
m.
):
G
0
=
l
R
ht
2
1

Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất mạch vòng theo hệ số mùa sét:

.
0,727942.1,25
0,568705
1,6
ms
mv ms
mv
mua
RK
R
K
   

Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất của cọc theo hệ số mùa sét:




G
0
=
l
R
ht
2
1
=
1
0,005491(1/ . )
2.0,313985.290
m

Trong phương trình (*) ta chỉ tính toán với k thoả mãn điều kiện:

4
T
k
ds

hay
4
.

2
2

, suy ra: k
0
0
.
2 2.290 0,005491.22,17996
10,3286
3
ds
l
G
L

  


Chọn k=1,2,3,…,9,10
Theo công thức (*) thì tổng trở xung kích chỉ được tính cho 1 mạch. Do đó tổng
trở xung kích của cả hệ thống được tính theo công thức:

)]1(
1
.
2
1.[
.
.2
1
),0(
1
2

1

T
k

( 1-
e
T
k
ds


)/
k
2

14
1

( 1-
e
T
k
ds


)/
k
2


5
3
96.25283
3.850113
0.021649
6
3
96.25283
2.67369
0.018733
7
3
96.25283
1.964343
0.015977
8
3
96.25283
1.50395
0.013499
9
3
96.25283
1.188307
0.011357
10
3
96.25283
0.962528
0.009557

Chống sét van không có khe hở
Bảo vệ điện áp phía 110kV
Hãy tính điện áp tại các điểm nút của TBA khi có sóng quá điện áp lan
truyền từ đường dây tới.
Sóng tới có dạng xiên góc biên độ U
50%
, độ dốc:
a=300+N=300+29=329kV/s
Chống sét van cấp điện áp tương ứng.(110kV)
Sơ đồ mô hình mạch để tính sóng truyền :

Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
21
CC
0
3
1
2
1
2

Thanh góp : Điểm 1.
Điểm đặt máy biến áp : Điểm 2.
Điểm dặt chống sét van: Điểm 3.
TG phía 1100 kV dài : 9.15 =135 m
C
1
= 135.C
0

v
l

  

Ta chọn phép gần đúng như trên là để dễ dàng trong việc tìm ước số
chung nhỏ nhất của 2 khoảng thời gian trên.
Trong quá trình tính toán còn cần kể đến các đặc tính V-S, đặc tính V-A
của CSV. Các đặc tính này cần tra trong các sổ tay và phải phù hợp với cấp điện
áp đang xét.
Để tiến hành tính toán, cần chọn bước thời gian tính
t
. Khoảng chia
t

càng nhỏ thì kết quả tính toán càng chính xác. Việc tính toán sẽ đỡ phức tạp hơn
nhiều nếu chọn
t
là ước số chung của các khoảng thời gian truyền sóng đi và
về giữa các nút.
Vì vậy ta chọn:
t
=0,02
s

để tính toán.
Bây giờ lần lượt xét biểu thức tính toán điện áp tại các nút 1, 2, 3.

Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:

31
13
'
'
'
'
'
1
U
10

Gốc thời gian t=0 được chọn là thời điểm sóng
U
'
01
tới nút 1.
Đoạn đường dây 0-1 dài vô hạn, nghĩa là nếu tại nút 1 có sóng phản xạ
U
10
trở về 0 thì không có sóng phản xạ trở lại.
Sơ đồ Petecxen:
2U
Z
C
1
®t1
®t1
1

Trong đó:


667,0
3
23/.22
1

Z
Z
Z
Z
m
dt

m
mdt
UU
'
11
.667,02

Do đó:

).(667,02
'
01
'
31

s


t<2t
13
=0,32
s

thì
'
31
0
U

nên
''
dt1 21 01
2 0,667.( )
U U U


(
U
'
31
là sóng tới nút 1 do sóng từ nút 3 là
U
31
truyền đến.
U


'
21 21
( 0,14)t
UU
'
31 31
( 0,16)t
UU


Theo sơ đồ Petecxen, phương trình vi phân với điện áp tại nút 1 là:

U
dt
U
d
C
Z
U
C
C
dt
dt 1
1
1
1

Cdt
C
1
1
11
1
.2.



1 1 1 1 1 1 1
1
0,03
.(2 ) .(2 ) 0,180523.(2 )
0,166184
C dt C dt C dt C
C
t
U U U U U U U
T

      

Trong đó:

-12
11

2112
'
311131
'
3113



3.3. Tính điện áp tại nút 2:
Nút 2 chỉ có một đường dây đi tới có chiều dài l
12
hữu hạn, tổng trở sóng
Z=400

.
Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
24 U
U
U
C
2
1
12
12
'
2

Lại có:

U
dt
U
d
T
U
U
dt
U
d
C
Z
U
C
C
C
dt
C
C
dt
dt
2
2
2
2
2
2
2

      

Trong đó :

12
22
2
22
. 1790.10 .400 0,716
C dt
C
s
C
TZ
UU


  


Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT
Sinh viên thực hiện:
25
Vậy:

UU
tt
U
C222
)( 

Z
CSV
3
®t3
UU
Z
Z
dt
dt
'
133
3
22
400

UUU
'
31113


Khi t<2t
13
=0,32
s

3
3